Fix a typo in a comment.
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
1 //===- CallGraph.h - Build a Module's call graph ----------------*- C++ -*-===//
2 // 
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 // 
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very 
11 // useful tool for interprocedural optimization.
12 //
13 // Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
14 // callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
15 // corresponding to the node.
16 //
17 // A call graph may contain nodes where the function that they correspond to is
18 // null.  These 'external' nodes are used to represent control flow that is not
19 // represented (or analyzable) in the module.  In particular, this analysis
20 // builds one external node such that:
21 //   1. All functions in the module without internal linkage will have edges
22 //      from this external node, indicating that they could be called by
23 //      functions outside of the module.
24 //   2. All functions whose address is used for something more than a direct
25 //      call, for example being stored into a memory location will also have an
26 //      edge from this external node.  Since they may be called by an unknown
27 //      caller later, they must be tracked as such.
28 //
29 // There is a second external node added for calls that leave this module.
30 // Functions have a call edge to the external node iff:
31 //   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
32 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
33 //   2. The function contains an indirect function call.
34 //
35 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
36 // function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
37 // that an indirect call site can call only a specific set of functions.
38 //
39 // Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
40 // of all of the caller-callee relationships, which is useful for
41 // transformations.
42 //
43 // The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
44 // CallGraph is, which it currently does by looking for a function named 'main'.
45 // If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
46 // node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
47 // be called into (which is common for libraries).
48 //
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50
51 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
52 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
53
54 #include "Support/GraphTraits.h"
55 #include "Support/STLExtras.h"
56 #include "llvm/Pass.h"
57
58 namespace llvm {
59
60 class Function;
61 class Module;
62 class CallGraphNode;
63
64 //===----------------------------------------------------------------------===//
65 // CallGraph class definition
66 //
67 class CallGraph : public Pass {
68   Module *Mod;              // The module this call graph represents
69
70   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
71   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
72
73   // Root is root of the call graph, or the external node if a 'main' function
74   // couldn't be found.
75   //
76   CallGraphNode *Root;
77
78   // ExternalCallingNode - This node has edges to all external functions and
79   // those internal functions that have their address taken.
80   CallGraphNode *ExternalCallingNode;
81
82   // CallsExternalNode - This node has edges to it from all functions making
83   // indirect calls or calling an external function.
84   CallGraphNode *CallsExternalNode;
85
86 public:
87
88   //===---------------------------------------------------------------------
89   // Accessors...
90   //
91   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
92   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
93
94   CallGraphNode *getExternalCallingNode() const { return ExternalCallingNode; }
95   CallGraphNode *getCallsExternalNode()   const { return CallsExternalNode; }
96
97   // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
98   // main cannot be found, the external node.
99   //
100         CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
101   const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
102
103   /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
104   ///
105   Module &getModule() const { return *Mod; }
106
107   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
108   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
109   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
110   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
111
112
113   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
114   // function
115   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
116     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
117     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
118     return I->second;
119   }
120   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
121     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
122     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
123     return I->second;
124   }
125
126   //===---------------------------------------------------------------------
127   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
128   // modified
129   //
130   void addFunctionToModule(Function *F);
131
132
133   // removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
134   // it.  Because this removes the function from the module, the call graph node
135   // is destroyed.  This is only valid if the function does not call any other
136   // functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
137   // is to dropAllReferences before calling this.
138   //
139   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
140   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
141     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
142   }
143
144
145   //===---------------------------------------------------------------------
146   // Pass infrastructure interface glue code...
147   //
148   CallGraph() : Root(0) {}
149   ~CallGraph() { destroy(); }
150
151   // run - Compute the call graph for the specified module.
152   virtual bool run(Module &M);
153
154   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
155   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
156     AU.setPreservesAll();
157   }
158
159   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory aggressively.
160   virtual void releaseMemory() {
161     destroy();
162   }
163
164   /// Print the types found in the module.  If the optional Module parameter is
165   /// passed in, then the types are printed symbolically if possible, using the
166   /// symbol table from the module.
167   ///
168   void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
169
170   // stub - dummy function, just ignore it
171   static void stub();
172 private:
173   //===---------------------------------------------------------------------
174   // Implementation of CallGraph construction
175   //
176
177   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
178   // does not already exist.
179   //
180   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
181
182   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
183   // of the functions that it calls.
184   //
185   void addToCallGraph(Function *F);
186
187   // destroy - Release memory for the call graph
188   void destroy();
189 };
190
191
192 //===----------------------------------------------------------------------===//
193 // CallGraphNode class definition
194 //
195 class CallGraphNode {
196   Function *F;
197   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
198
199   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
200 public:
201   //===---------------------------------------------------------------------
202   // Accessor methods...
203   //
204
205   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
206   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
207
208   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
209   Function *getFunction() const { return F; }
210
211   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
212   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
213   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
214   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
215   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
216
217   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
218   //
219   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
220
221
222   //===---------------------------------------------------------------------
223   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
224   // modified
225   //
226
227   void removeAllCalledFunctions() {
228     CalledFunctions.clear();
229   }
230
231   // addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
232   // one
233   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
234     CalledFunctions.push_back(M);
235   }
236
237   void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
238
239 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
240   friend class CallGraph;
241
242   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
243   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
244 };
245
246
247
248 //===----------------------------------------------------------------------===//
249 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
250 // graphs by the generic graph algorithms...
251 //
252
253 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
254 // traversals.
255 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
256   typedef CallGraphNode NodeType;
257   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
258
259   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
260   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
261   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
262 };
263
264 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
265   typedef const CallGraphNode NodeType;
266   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
267
268   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
269   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
270   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
271 };
272
273 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
274   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
275     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
276   }
277   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
278   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
279
280   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
281   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
282   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
283     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
284   }
285   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
286     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
287   }
288
289   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
290                                        CallGraphNode*> P) {
291     return *P.second;
292   }
293 };
294 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
295   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
296   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
297     return CGN->getExternalCallingNode();
298   }
299   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
300   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
301   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
302   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
303 };
304
305 // Make sure that any clients of this file link in PostDominators.cpp
306 static IncludeFile
307 CALLGRAPH_INCLUDE_FILE((void*)&CallGraph::stub);
308
309 } // End llvm namespace
310
311 #endif